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JPH05234850A - Projecton aligner and manufacture of semiconductor device by using the same - Google Patents

Projecton aligner and manufacture of semiconductor device by using the same

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Publication number
JPH05234850A
JPH05234850A JP4069446A JP6944692A JPH05234850A JP H05234850 A JPH05234850 A JP H05234850A JP 4069446 A JP4069446 A JP 4069446A JP 6944692 A JP6944692 A JP 6944692A JP H05234850 A JPH05234850 A JP H05234850A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
crystal
optical
projection
optical axis
optical system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4069446A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akiyoshi Suzuki
章義 鈴木
Hirohiko Shinonaga
浩彦 篠永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP4069446A priority Critical patent/JPH05234850A/en
Publication of JPH05234850A publication Critical patent/JPH05234850A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems
    • G03F7/70091Illumination settings, i.e. intensity distribution in the pupil plane or angular distribution in the field plane; On-axis or off-axis settings, e.g. annular, dipole or quadrupole settings; Partial coherence control, i.e. sigma or numerical aperture [NA]
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216Mask projection systems
    • G03F7/7025Size or form of projection system aperture, e.g. aperture stops, diaphragms or pupil obscuration; Control thereof

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a projection aligner wherein it constitutes a multifocal system, its depth of focus is increased and it can obtain a high-resolution projec tion pattern and to obtain the manufacturing method, of a semiconductor device, which uses it. CONSTITUTION:A circuit pattern on the face of a first object 2 is irradiated with a light flux from an irradiation system 1; the circuit pattern on the face of the first object is projected and exposed on the face of a second object 5 by using a projection optical system 3. At this time, two crystal optical elements 4 whose optical axes are crossed at right angles to each other are arranged in a light path between the first object and the second object; a diaphragm 7 provided with a cross-shaped opening is arranged near the pupil of the projection optical system in such a way that the direction of the opening is directed to the direction of the optical axis of the crystal optical elements.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は投影露光装置及びそれを
用いた半導体デバイスの製造方法に関し、具体的には半
導体素子(半導体デバイス)の製造装置である所謂ステ
ッパーにおいてレチクル面上の回路パターンを投影光学
系の焦点深度を拡大させてウエハ面上に高い光学性能を
有して投影することができるようにしたものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection exposure apparatus and a semiconductor device manufacturing method using the same, and more specifically, a circuit pattern on a reticle surface in a so-called stepper which is a semiconductor element (semiconductor device) manufacturing apparatus. The focal depth of the projection optical system is expanded so that projection can be performed on the wafer surface with high optical performance.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近の半導体素子の製造技術の進展は目
覚ましく、又それに伴う微細加工技術の進展も著しい。
特に光加工技術は1MDRAMの半導体素子の製造を境
にサブミクロンの解像力を有する微細加工技術まで達し
ている。解像力を向上させる手段としてこれまで多くの
場合、露光波長を固定して、光学系のNA(開口数)を
大きくしていく方法を用いていた。しかし最近では露光
波長をg線からi線に変えて、超高圧水銀灯を用いた露
光法により解像力を向上させる試みも種々と行われてい
る。
2. Description of the Related Art The recent progress in manufacturing technology of semiconductor devices is remarkable, and accompanying it, the progress of fine processing technology is remarkable.
In particular, the optical processing technology has reached the level of fine processing technology having submicron resolution at the border of the production of semiconductor devices of 1M DRAM. In many cases, a method of fixing the exposure wavelength and increasing the NA (numerical aperture) of the optical system has been used as a means for improving the resolution. However, recently, various attempts have been made to change the exposure wavelength from g-line to i-line and improve the resolution by an exposure method using an ultra-high pressure mercury lamp.

【0003】露光波長としてg線やi線を用いる方法の
発展と共にレジストプロセスも同様に発展してきた。こ
の光学系とプロセスの両者が相まって、光リソグラフィ
が急激に進歩してきた。
Along with the development of the method of using g-line or i-line as the exposure wavelength, the resist process has also developed. The combination of this optical system and the process has led to rapid advances in optical lithography.

【0004】一般にステッパーの焦点深度は投影光学系
のNAの2乗に反比例することが知られている。この為
サブミクロンの解像力を得ようとすると、それと共に焦
点深度が浅くなってくるという問題点が生じてくる。
It is generally known that the depth of focus of a stepper is inversely proportional to the square of NA of the projection optical system. Therefore, when trying to obtain submicron resolution, the problem arises that the depth of focus becomes shallower with it.

【0005】これに対してエキシマレーザーに代表され
る更に短い波長の光を用いることにより解像力の向上を
図る方法が種々と提案されている。短波長の光を用いる
効果は一般に焦点深度が波長に反比例する効果を持って
いることが知られており、波長を短くした分だけ焦点深
度は深くなる。
On the other hand, various methods have been proposed for improving the resolution by using light having a shorter wavelength, which is represented by an excimer laser. It is generally known that the effect of using light of a short wavelength has an effect that the depth of focus is inversely proportional to the wavelength, and the shorter the wavelength is, the deeper the depth of focus becomes.

【0006】短波長化の光を用いる他に解像力を向上さ
せる方法として位相シフトマスクを用いる方法(位相シ
フト法)が種々と提案されている。この方法は従来のマ
スクの一部に、他の部分とは通過光に対して180度の
位相差を与える薄膜を形成し、解像力を向上させようと
するものであり、IBM社(米国)のLevenson
らにより提案されている。解像力RPは波長をλ、パラ
メータをk1 、開口数をNAとすると一般に式 RP=k1 λ/NA で示される。通常0.7〜0.8が実用域とされるパラ
メータk1 は、位相シフト法によれば0.35ぐらい迄
大幅に改善できることが知られている。
In addition to the use of light with a short wavelength, various methods using a phase shift mask (phase shift method) have been proposed as methods for improving resolution. This method is intended to improve the resolution by forming a thin film on a part of a conventional mask that gives a phase difference of 180 degrees with respect to the passing light with respect to the other part. Levenson
Proposed by et al. The resolving power RP is generally represented by the equation RP = k 1 λ / NA, where λ is the wavelength, k 1 is the parameter, and NA is the numerical aperture. It is known that the parameter k 1 , which is usually in the practical range of 0.7 to 0.8, can be greatly improved to about 0.35 by the phase shift method.

【0007】位相シフト法には種々のものが知られてお
り、それらは例えば日経マイクロデバイス1990年7
月号108ページ以降の福田等の論文に詳しく記載され
ている。
Various types of phase shift methods are known, for example, Nikkei Microdevice 1990 7
It is described in detail in Fukuda et al.'S papers starting on page 108 of the monthly issue.

【0008】前述した位相シフトに代表される結像法は
繰り返しのある周期性パターンにしか適用できないとい
う問題がある。従って最も問題となるコンタクトホール
のような孤立した所謂孤立パターンの結像に対する効果
は期待できない。孤立パターンに対する結像法として
は、又別の結像法が要求される。孤立パターンの焦点深
度を伸ばす方法としては所謂FLEXと呼ばれる手法が
知られている。この方法は投影光学系の光軸方向に多重
像を作って露光して重ねあわせ、トータルとして孤立パ
ターンの焦点深度を伸ばそうというものである。
The above-mentioned imaging method represented by the phase shift has a problem that it can be applied only to a periodic pattern having repetitions. Therefore, the effect on the image formation of an isolated so-called isolated pattern such as a contact hole, which is the most problematic, cannot be expected. Another imaging method is required as an imaging method for an isolated pattern. A so-called FLEX method is known as a method for extending the depth of focus of an isolated pattern. This method is to form a multiple image in the optical axis direction of the projection optical system, expose it, and superimpose it to extend the depth of focus of the isolated pattern as a whole.

【0009】このように光露光法はパターンの特殊性ま
で考慮した別個の結像法を採用する必要に迫られてい
る。
As described above, the light exposure method is required to adopt a separate image forming method in consideration of the peculiarity of the pattern.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】従来のFLEX方法で
はパターンを投影結像する結像系(投影光学系)の光軸
方向に沿って、被露光対象であるウエハを移動させ、多
重露光することにより解像力を維持しつつ結像系の焦点
深度を伸ばしている。しかしながらこの方法は多重露光
を行うために部材の移動が行われたり、シャッターを多
数回切らねばならないといった制約があり、更に露光に
時間がかかるという問題点があった。
In the conventional FLEX method, multiple exposure is performed by moving a wafer to be exposed along the optical axis direction of an imaging system (projection optical system) for projecting and forming a pattern. The depth of focus of the imaging system is extended while maintaining the resolution. However, this method has a problem that a member must be moved to perform multiple exposures and that the shutter must be opened many times, and that exposure takes time.

【0011】又、別の方法として多重像を複数の光学系
で形成し合成する方法とか、投影露光光学系の瞳面に位
相型のフィルターを入れ、多重焦点系を構成するという
方法もある。しかしながら複数の光学系の合成方法はこ
の種の超精密光学系では困難であり、又位相型フィルタ
ーを用いる方法はその作成が困難であると同時に、高次
回折光が出てきて結像に悪影響を与えるという問題点が
ある。
As another method, there is also a method of forming and combining a multiple image by a plurality of optical systems, or a method of forming a multiple focus system by inserting a phase type filter in the pupil plane of the projection exposure optical system. However, it is difficult to synthesize a plurality of optical systems with this type of ultra-precision optical system, and it is difficult to create a method using a phase-type filter, and at the same time, high-order diffracted light emerges and adversely affects imaging. There is a problem of giving.

【0012】本発明は多重焦点光学系を露光時に被露光
物体を動かすことなく、しかも一回の露光で行うことの
できるように構成し、しかも通常の結像光学系の結像性
能を何んら損なうことなく構成することにより焦点深度
が深く、かつ高い光学性能を有した投影パターン像が容
易に得られる投影露光装置及びそれを用いた半導体デバ
イスの製造方法の提供を目的とする。
According to the present invention, the multifocal optical system is constructed so that it can be performed by one exposure without moving the object to be exposed at the time of exposure. It is an object of the present invention to provide a projection exposure apparatus and a method for manufacturing a semiconductor device using the projection exposure apparatus, which can easily obtain a projection pattern image having a deep depth of focus and a high optical performance by constructing without any damage.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を達成
するため多重焦点光学系を構成する手段として投影光学
系内に結晶光学素子を入れ、投影光学系のテレセントリ
ック性と結晶光学素子の複屈折性を利用することを特徴
としている。結晶光学素子を入れると複屈折のため結像
作用が複雑になる場合には結像作用に悪影響を与える成
分をカットするため、投影光学系の瞳面に振幅型のフィ
ルターを挿入することを特徴としている。振幅型のフィ
ルターは単に光を遮光するだけで良いので位相型と異な
って作成が容易であり、従来の投影光学系に容易に適用
することができる。また孤立パターン以外のパターンを
結像する際にも本発明の構成によれば振幅型のフィルタ
ーと結晶光学素子は簡単に入れ換え可能なので、パター
ンの特性に合わせた機動性のある結像系を構成できるこ
とも本発明の特徴である。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention comprises a crystal optical element in the projection optical system as means for constructing a multifocal optical system, and the telecentricity of the projection optical system and the combination of the crystal optical element are combined. It is characterized by utilizing refraction. If a crystal optical element is inserted and the imaging effect becomes complicated due to birefringence, a component that adversely affects the imaging effect is cut, so an amplitude type filter is inserted in the pupil plane of the projection optical system. I am trying. Unlike the phase type, the amplitude type filter is easy to make because it only needs to block light, and can be easily applied to the conventional projection optical system. Further, even when a pattern other than an isolated pattern is imaged, the amplitude type filter and the crystal optical element can be easily exchanged according to the configuration of the present invention, so that an image-forming system with mobility that matches the characteristics of the pattern is configured. What is possible is also a feature of the present invention.

【0014】本発明の投影露光装置の構成は (イ)照明系からの光束で第1物体面上の回路パターン
を照明し、該第1物体面上の回路パターンを投影光学系
で第2物体面上に投影露光する際、該第1物体と第2物
体との間の光路中に光学軸を互いに直交させた2つの結
晶光学素子を配置すると共に、該投影光学系の瞳面近傍
に十字状の開口を有する絞りをその開口方向が該結晶光
学素子の光学軸方向に向くように配置したことを特徴と
している。
The structure of the projection exposure apparatus of the present invention is as follows: (a) The circuit pattern on the first object plane is illuminated by the light flux from the illumination system, and the circuit pattern on the first object plane is projected by the second object by the projection optical system. When projecting and exposing on a plane, two crystal optical elements whose optical axes are orthogonal to each other are arranged in the optical path between the first object and the second object, and a cross shape is provided in the vicinity of the pupil plane of the projection optical system. It is characterized in that a stop having a circular aperture is arranged such that the aperture direction is oriented in the optical axis direction of the crystal optical element.

【0015】特に前記結晶光学素子の光学軸の方向及び
前記絞りの十字状の開口方向が前記第1物体面上の回路
パターンの主たる方向と一致していることや、前記投影
光学系は前記第2物体側がテレセントリック系より成
り、前記2つの結晶光学素子は該テレセントリック系中
に設けていること等を特徴としている。
In particular, the direction of the optical axis of the crystal optical element and the direction of the cross-shaped aperture of the diaphragm coincide with the main direction of the circuit pattern on the first object plane, and the projection optical system has the first direction. The two object side is composed of a telecentric system, and the two crystal optical elements are provided in the telecentric system.

【0016】(ロ)照明系からの光束で第1物体面上の
回路パターンを照明し、該第1物体面上の回路パターン
を投影光学系で第2物体面上に投影露光する際、該第1
物体と第2物体との間の光路中に結晶光学素子をその光
学軸を該投影光学系の光軸方向と略一致させて配置し、
該投影光学系の光軸方向に2重焦点を形成するようにし
たことを特徴としている。
(B) When the circuit pattern on the first object plane is illuminated by the light beam from the illumination system and the circuit pattern on the first object plane is projected and exposed on the second object plane by the projection optical system, First
A crystal optical element is arranged in the optical path between the object and the second object with its optical axis substantially aligned with the optical axis direction of the projection optical system,
A feature is that a double focal point is formed in the optical axis direction of the projection optical system.

【0017】(ハ)マスクのパターンをウエハ上に投影
する投影光学系と前記パターンを前記投影光学系の光軸
方向の複数カ所に結像させるべく前記パターンを結像す
る各結像光束の主光線が前記投影光学系の光軸と略平行
になる場所に配した複屈折性部材とを有することを特徴
としている。
(C) A projection optical system for projecting the pattern of the mask onto the wafer and the main of each imaging light beam for imaging the pattern so that the pattern is imaged at a plurality of positions in the optical axis direction of the projection optical system. And a birefringent member arranged at a position where the light beam is substantially parallel to the optical axis of the projection optical system.

【0018】特に前記複屈折部材が前記場所から退避可
能に設けられることや、前記複屈折部材が単一の結晶板
を備え、該結晶板の光学軸の方向を前記光軸の方向に一
致させることや、前記複屈折部材が第1、第2の結晶板
を備え、該第1、第2の結晶板の光学軸の方向が互いに
直交しかつ前記光軸に直交する平面に存するよう設定す
ることや、前記光軸を中心とし前記各光学軸の方向を
x,y軸の方向としたxy座標を設定したときの各象限
に相当する部分に入射又は通過する光を遮光する為のフ
ィルターを配したこと等を特徴としている。
Particularly, the birefringent member is provided so as to be retractable from the place, or the birefringent member is provided with a single crystal plate, and the direction of the optical axis of the crystal plate is aligned with the direction of the optical axis. That is, the birefringent member is provided with first and second crystal plates, and the optical axes of the first and second crystal plates are set to lie in planes orthogonal to each other and to the optical axis. That is, a filter for blocking light entering or passing through a portion corresponding to each quadrant when xy coordinates are set with the optical axis as the center and the directions of the optical axes as the x and y directions are set. The feature is that they are arranged.

【0019】又、本発明の半導体デバイスの製造方法と
しては (ニ)照明系からの光束で照明されたレチクル面上の回
路パターンを投影光学系でウエハ面上に投影露光し、現
像処理工程を経て半導体デバイスを製造する際、該レチ
クルとウエハとの間の光路中には光学軸を互いに直交さ
せた2つの結晶光学素子を配置しており、かつ該投影光
学系の瞳面近傍に十字状の開口を有する絞りをその開口
方向が該結晶光学素子の光学軸方向に向くように配置し
ていることを特徴としている。
The semiconductor device manufacturing method of the present invention includes: (d) a circuit pattern on the reticle surface illuminated by the light flux from the illumination system is projected and exposed on the wafer surface by the projection optical system, and the development processing step is performed. Then, when manufacturing a semiconductor device, two crystal optical elements whose optical axes are orthogonal to each other are arranged in the optical path between the reticle and the wafer, and a cross shape is formed near the pupil plane of the projection optical system. It is characterized in that the stop having the aperture is arranged so that its aperture direction is oriented in the optical axis direction of the crystal optical element.

【0020】特に前記結晶光学素子の光学軸の方向及び
前記絞りの十字状の開口方向が前記レチクル面上の回路
パターンの主たる方向と一致していることや、前記投影
光学系は前記ウエハ側がテレセントリック系より成り、
前記2つの結晶光学素子は該テレセントリック系中に設
けていること等を特徴としている。
In particular, the optical axis direction of the crystal optical element and the cross-shaped opening direction of the diaphragm coincide with the main direction of the circuit pattern on the reticle surface, and the projection optical system is telecentric on the wafer side. Consists of a system
The two crystal optical elements are characterized in that they are provided in the telecentric system.

【0021】(ホ)照明系からの光束で照明したレチク
ル面上の回路パターンを投影光学系でウエハ面上に投影
露光し、現像処理工程を経て半導体デバイスを製造する
際、該レチクルと該ウエハとの間の光路中に結晶光学素
子をその光学軸を該投影光学系の光軸方向と略一致させ
て配置し、該投影光学系の光軸方向に2重焦点を形成す
るようにしたことを特徴としている。
(E) The circuit pattern on the reticle surface illuminated by the light flux from the illumination system is projected and exposed on the wafer surface by the projection optical system, and when the semiconductor device is manufactured through the developing process, the reticle and the wafer are manufactured. A crystal optical element is disposed in the optical path between the optical axis and the optical axis of the projection optical system so as to substantially coincide with the optical axis direction of the projection optical system, and a double focal point is formed in the optical axis direction of the projection optical system. Is characterized by.

【0022】(ヘ)投影光学系により回路パターンをウ
エハ上に投影することにより該回路パターンを該ウエハ
上にプリントし、該回路パターンがプリントされたウエ
ハを処理することにより半導体デバイスを製造する方法
において、前記回路パターンを結像する各結像光束の主
光線が前記投影光学系の光軸と略平行になる場所に前記
回路パターンを前記投影光学系の光軸方向の複数カ所に
結像させる複屈折性部材を配したことを特徴としてい
る。
(F) A method of manufacturing a semiconductor device by projecting a circuit pattern on a wafer by a projection optical system to print the circuit pattern on the wafer and processing the wafer on which the circuit pattern is printed. In, the circuit pattern is imaged at a plurality of positions in the optical axis direction of the projection optical system at locations where the chief ray of each imaging light flux that forms the circuit pattern is substantially parallel to the optical axis of the projection optical system. It is characterized by arranging a birefringent member.

【0023】特に前記回路パターンがホール等の孤立パ
ターンより成ることや、前記複屈折部材が単一の結晶板
を備え、該結晶板の光学軸の方向を前記光軸の方向に一
致させることや、前記複屈折部材が第1、第2の結晶板
を備え、該第1、第2の結晶板の光学軸の方向が互いに
直交し、かつ前記光軸に直交する平面に存するよう設定
することや、前記光軸を中心とし、前記各光学軸の方向
をx,y軸の方向としたxy座標を設定したときの各象
限に相当する部分に入射又は通過する光を遮光する為の
フィルターを配したこと等を特徴としている。
In particular, the circuit pattern is formed of an isolated pattern such as holes, the birefringent member has a single crystal plate, and the direction of the optical axis of the crystal plate is aligned with the direction of the optical axis. , The birefringent member includes first and second crystal plates, and the optical axes of the first and second crystal plates are set to be orthogonal to each other and in a plane orthogonal to the optical axis. Alternatively, a filter for blocking light incident or passing through a portion corresponding to each quadrant when xy coordinates are set with the optical axis as the center and the directions of the optical axes as the x and y axis directions are set. The feature is that they are arranged.

【0024】[0024]

【実施例】本発明は投影光学系内に結晶光学素子を設
け、投影光学系のテレセントリック性と結晶光学素子の
複屈折性とを利用して多重焦点光学系(2重焦点)を構
成していることを主たる特徴としている。
The present invention provides a multi-focus optical system (double focus) by providing a crystal optical element in a projection optical system and utilizing the telecentricity of the projection optical system and the birefringence of the crystal optical element. The main feature is that

【0025】この為、本発明の構成を説明する前にまず
結晶光学素子中での光の挙動(伝播)について説明す
る。
Therefore, before explaining the structure of the present invention, the behavior (propagation) of light in the crystal optical element will be described first.

【0026】図2は本発明で利用する結晶光学素子4の
要部斜視図である。図2に示されているように座標軸x
yzをとり、結晶光学素子4の表面にある原点22に角
度θで入射する光L23を考える。入射光線のxy平面
への射影がなす角度はαである。本発明で利用する結晶
光学素子4は2枚の結晶光学素子(以下単に「結晶」と
もいう。)4a,4bを貼り合わせて構成しており、各
々の厚さはdである。
FIG. 2 is a perspective view of an essential part of the crystal optical element 4 used in the present invention. The coordinate axis x as shown in FIG.
Consider yz, and consider light L23 incident on the origin 22 on the surface of the crystal optical element 4 at an angle θ. The angle formed by the projection of the incident ray on the xy plane is α. The crystal optical element 4 used in the present invention is configured by laminating two crystal optical elements (hereinafter also simply referred to as “crystals”) 4a and 4b, and each thickness is d.

【0027】1枚目の結晶4aの光学軸の方向はy軸と
一致しており、2枚目の結晶4bの光学軸の方向はx軸
と一致し、2枚の結晶4a,4bの光学軸は互いに直交
した関係にある。また結晶の常光線の屈折率をno ,異
常光線の屈折率をne とする。
The optical axis of the first crystal 4a coincides with the y-axis, the optical axis of the second crystal 4b coincides with the x-axis, and the optical axes of the two crystals 4a and 4b coincide with each other. The axes are orthogonal to each other. The refractive index of the ordinary ray of the crystal is n o and the refractive index of the extraordinary ray is n e .

【0028】入射した光線L23は結晶の中で常光線と
異常光線の2つに別れる。1枚目の結晶での常光線は2
枚目の結晶で異常光線となり、一方1枚目の結晶での異
常光線は2枚目の結晶で常光線となる。この2つの光が
多重焦点像を形成する2つの光を形成する。分離した2
つの光は偏光的に直交しており、入射光が無偏光であれ
ば等強度の2つの光に分離される。
The incident ray L23 is divided into an ordinary ray and an extraordinary ray in the crystal. The ordinary ray on the first crystal is 2
The extraordinary ray in the first crystal becomes an extraordinary ray, while the extraordinary ray in the first crystal becomes an ordinary ray in the second crystal. These two lights form two lights forming a multifocal image. 2 separated
The two lights are polarized orthogonally, and if the incident light is unpolarized, it is separated into two lights of equal intensity.

【0029】従来技術で位相型のフィルターを用いた場
合には高次の回折光が生じるが、本実施例の場合には2
種類の光しか生じない。しかも一般に半導体素子製造用
の投影露光装置での露光光は無偏光の光が用いられるの
で、両者の強度は等しく結像特性のコントロールが容易
である。
When a phase type filter is used in the prior art, high-order diffracted light is generated, but in the case of this embodiment, 2
Only kind of light is produced. Moreover, since the non-polarized light is generally used as the exposure light in the projection exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element, the intensities of the two are equal and the control of the imaging characteristics is easy.

【0030】入射する光線がx=0,y=0を通過した
として射出する側での座標を計算する。1枚目の結晶に
異常光線で入る光が2枚目の結晶を出るときの点をP
(xP,yP )、1枚目の結晶に常光線で入る光が2枚
目の結晶を出るときの点をQ(xQ ,yQ )とする。ま
た実際には存在しない光線であるが、2枚の結晶をとも
に常光線で通る仮想的な光線が2枚目の結晶を出るとき
の点をS(xS ,yS )とする。これらは上記のパラメ
ーターを用いて次のように表すことができる。
It is assumed that the incident light ray has passed x = 0 and y = 0, and the coordinates on the exit side are calculated. P is the point at which the extraordinary ray of light entering the first crystal leaves the second crystal.
(X P , y P ) Let Q (x Q , y Q ) be the point at which light entering the first crystal as an ordinary ray exits the second crystal. Moreover, although it is a ray that does not actually exist, a point when an imaginary ray passing through the two crystals as an ordinary ray exits the second crystal is S (x S , y S ). These can be expressed as follows using the above parameters.

【0031】 xP −xS =−(Δn/nO )d cosα tanθOP −yS =(Δn/nO )d sinα tanθOQ −xS =(Δn/nO )d cosα tanθOQ −yS =−(Δn/nO )d sinα tanθOS =−2d cosα tanθOS =−2d sinα tanθO ただしここでθO は常光線の屈折の法則より次式より導
かれる値である。
X P −x S = − (Δn / n O ) d cosα tan θ O y P −y S = (Δn / n O ) d sinα tan θ O x Q −x S = (Δn / n O ) d cos α tan θ O y Q −y S = − (Δn / n O ) d sinα tan θ O x S = −2d cosα tan θ O y S = −2d sinα tan θ O where θ O is the following equation from the law of refraction of ordinary rays. It is a value derived more.

【0032】 sin θ=nO sinθO Δn=ne −nO 図3は点P,Q,Sの関係を示した説明図である。同図
は入射角θを固定したときのアジムスαに対して点P,
Qが点Sに対し、どのように動くかが示されている。点
Sは常光線の経路をたどるものなので入射角に対応した
円上を動く。これに対し点Pと点Qは恰も惑星運動をす
るかのような関係を保って点Sの回りを回転することが
わかる。
Sin θ = n O sin θ O Δn = n e −n O FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between points P, Q, and S. In the figure, the point P, azimuth α when the incident angle θ is fixed,
It is shown how Q moves with respect to point S. Since the point S follows the path of the ordinary ray, it moves on the circle corresponding to the incident angle. On the other hand, it can be seen that the points P and Q rotate around the point S while maintaining the relationship as if they were in a planetary motion.

【0033】図2の結晶光学素子21は外面的には平行
平面板でパワーを持っていないため、通過した光線は入
射した角度を保って結晶板を出ていく。本発明はこのよ
うな結晶板の性質の解折に基づいてなされている。
Since the crystal optical element 21 of FIG. 2 is a plane-parallel plate and has no power on the outer surface, the passing light beam leaves the crystal plate while keeping the incident angle. The present invention is based on such a solution of the properties of the crystal plate.

【0034】図10は本発明で利用する結晶光学素子1
01の他の実施例の光学的作用の説明図である。同図で
は結晶光学素子101を1枚の結晶光学素子より構成し
ている。
FIG. 10 shows a crystal optical element 1 used in the present invention.
It is explanatory drawing of the optical effect of the other Example of 01. In the figure, the crystal optical element 101 is composed of one crystal optical element.

【0035】図13は結晶光学素子101の要部断面図
である。図13において61は石英基板、101aは水
晶である。図10に示されているように座標軸xyzを
取り、結晶光学素子101の表面にある原点102に角
度θで入射する光L103を考える。本発明で利用する
結晶光学素子(以下「結晶」ともいう。)101は図2
で示した結晶光学素子とは異なり、一軸結晶の光学軸の
方向はz軸と一致した関係にある。また結晶は厚みdの
平行平面板でできており、常光線の屈折率をn 0 、異常
光線の屈折率をne とする。このとき常光線の光線速度
面は n0 2(x2 +y2 +z2 )=1 なる球面で表され、異常光線の光線速度面は ne 2(x2 +y2 )+n0 22 =1 なる回転楕円体面で表される。両者とも後述する投影光
学系の光軸に対して回転対象の関係にあるので、ここで
はy,zを含む断面で代表して結晶内での光の伝播につ
いて図示した。結晶101に入射した光線L103は結
晶の中で常光線と異常光線の2つに別れる。この2つの
光が2重焦点像を形成する。
FIG. 13 is a sectional view of the essential parts of the crystal optical element 101.
Is. In FIG. 13, 61 is a quartz substrate and 101a is water.
It is a crystal. As shown in FIG. 10, the coordinate axes xyz
Angle to the origin 102 on the surface of the crystal optical element 101.
Consider the light L103 incident at a degree θ. Used in the present invention
A crystal optical element (hereinafter also referred to as “crystal”) 101 is shown in FIG.
Unlike the crystal optical element shown in, the optical axis of the uniaxial crystal
The directions are in a relationship in agreement with the z axis. The crystal has a thickness d
It is made of plane parallel plates, and the refractive index of ordinary rays is n 0 , Abnormal
The refractive index of the light ray is ne And At this time, the ray velocity of the ordinary ray
The surface is n0 2(X2 + Y2 + Z2 ) = 1, and the ray velocity plane of the extraordinary ray is ne 2(X2 + Y2 ) + N0 2z2 It is represented by a spheroidal surface of = 1. Both are projection light described later
Since there is a relationship of rotation about the optical axis of the academic system, here
Is the cross section including y and z, and is related to the propagation of light in the crystal.
And illustrated. The light ray L103 incident on the crystal 101 is
It divides into two, the ordinary ray and the extraordinary ray in the crystal. These two
The light forms a double focus image.

【0036】図11は光線が結晶を通過して結像する様
子を示したものである。図中実線で示されているのが常
光線で結晶を通過する光線の結像を示すもので、破線で
示されているのが異常光線で結晶を通過する光線の結像
を示すものである。図10の結晶は外面的には平行平面
板でパワーを持っていないため、通過した光線は入射し
た角度を保って結晶を出ていく。
FIG. 11 shows how a light ray passes through a crystal and forms an image. The solid line in the figure shows the image formation of a ray passing through the crystal as an ordinary ray, and the broken line shows the image formation of a ray passing through the crystal as an extraordinary ray. .. Since the crystal of FIG. 10 is a plane-parallel plate externally and has no power, the passing light ray leaves the crystal while maintaining the incident angle.

【0037】従って2つに別れた光は図11に示したよ
うに互いに光軸上距離Δfだけ異なったところに結像す
る。即ち2重焦点が達成される。図12は光線が結晶1
01に入射する角度θに対する結像位置のずれ量を示し
た説明図である。同図に示すように常光線と異常光線の
結像位置が異なり、この2つの光が2重焦点像を形成し
ていることがわかる。このときの光軸方向の焦点位置の
ずれΔfの近軸量は Δf=(1/n0 −n0 /ne 2)・d で表され、結晶の材質を水晶、波長をλ=404.6n
mとし、n0 =1.55396、ne =1.56340
を用いてΔfを計算すると Δf=0.0077・d が得られる。
Therefore, the two separated lights are imaged at positions different from each other by the optical axis distance Δf as shown in FIG. That is, a double focus is achieved. In Figure 12, the light rays are crystals 1.
4 is an explanatory diagram showing a shift amount of an image forming position with respect to an angle θ incident on 01. FIG. As shown in the same figure, it can be seen that the image forming positions of the ordinary ray and the extraordinary ray are different, and these two rays form a double focus image. The paraxial amount of the deviation Δf of the focus position in the optical axis direction at this time is represented by Δf = (1 / n 0 −n 0 / n e 2 ) · d, the crystal material is quartz, and the wavelength is λ = 404. 6n
m, n 0 = 1.55396, n e = 1.56340
When Δf is calculated using, Δf = 0.0077 · d is obtained.

【0038】ここでこの焦点ずれの量を例えば2μmに
設定する場合にはd≒0.26mmに設定すれば良いこ
とがわかる。結晶光学素子101を通過し、分離した2
つの光は偏光的に直交しており、入射光が無偏光であれ
ば等強度の2つの光に分離される。
Here, it is understood that when the amount of defocus is set to 2 μm, for example, d≈0.26 mm should be set. 2 separated after passing through the crystal optical element 101
The two lights are polarized orthogonally, and if the incident light is unpolarized, it is separated into two lights of equal intensity.

【0039】従来技術で位相型のフィルターを用いた場
合には高次の回折光が生じるが、本実施例の場合には2
種類の光しか生じない。しかも一般に半導体素子製造用
の投影露光装置での露光光は無偏光の光が用いられるの
で、両者の強度は等しく結像特性のコントロールが容易
である。本発明はこのような結晶の性質の解折に基づい
てなされている。
When a phase type filter is used in the prior art, high-order diffracted light is generated, but in the case of this embodiment, 2
Only kind of light is produced. Moreover, since the non-polarized light is generally used as the exposure light in the projection exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element, the intensities of the two are equal and the control of the imaging characteristics is easy. The present invention is based on the solution of such crystal properties.

【0040】次に本発明の投影露光装置の構成上の特徴
について説明する。図1は本発明の投影露光装置の実施
例1の要部概略図である。
Next, the structural features of the projection exposure apparatus of the present invention will be described. 1 is a schematic view of a main part of a first embodiment of a projection exposure apparatus of the present invention.

【0041】図中1は照明系であり、光源として例えば
超高圧水銀灯やエキシマレーザ等を有し、露光光でレチ
クル2を照明している。レチクル2の面上には回路パタ
ーンが設けられている。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an illumination system, which has, for example, an ultrahigh pressure mercury lamp or an excimer laser as a light source, and illuminates the reticle 2 with exposure light. A circuit pattern is provided on the surface of the reticle 2.

【0042】3は投影光学系(投影レンズ)であり、レ
チクル2面上の回路パターンをウエハ保持機構6に載置
したウエハ5面上に投影している。投影光学系3のウエ
ハ5側はテレセントリック系となっている。
A projection optical system (projection lens) 3 projects the circuit pattern on the surface of the reticle 2 onto the surface of the wafer 5 mounted on the wafer holding mechanism 6. The wafer 5 side of the projection optical system 3 is a telecentric system.

【0043】4は結晶光学素子であり、投影光学系3と
ウエハ5との間のテレセントリック系となっている光路
中に挿脱可能に設けている。結晶光学素子4は図2に示
した構成より成っている。
Reference numeral 4 denotes a crystal optical element, which is removably provided in an optical path which is a telecentric system between the projection optical system 3 and the wafer 5. The crystal optical element 4 has the structure shown in FIG.

【0044】一般に投影光学系は露光時にデフォーカス
した状態で焼かれても像の位置が変わらないよう、ウエ
ハ側でテレセントリック系となるように構成される。本
実施例では後述するように結晶光学素子4を投影光学系
3とウエハ5との間に配置し、テレセントリック性を利
用していることを特徴としている。
In general, the projection optical system is configured to be a telecentric system on the wafer side so that the image position does not change even if the image is burned in a defocused state during exposure. The present embodiment is characterized in that the crystal optical element 4 is arranged between the projection optical system 3 and the wafer 5 and the telecentricity is utilized as described later.

【0045】8は平行平面板であり、結晶光学素子4を
用いないときに光路長を同一とする為に結晶光学素子4
の代わりに光路長に挿脱可能となるように設けている。
7は絞りであり、図5に示すような幅DWの十字状の開
口径を有しており、投影光学系3の瞳面近傍に挿脱可能
に設けている。絞り7は結晶光学素子4を使用するとき
に用いている。絞り7の十字状の開口方向と結晶光学素
子4を構成する2つの結晶光学素子4a,4bの光学軸
方向が略一致するようにして用いている。
Reference numeral 8 denotes a plane parallel plate, which has the same optical path length when the crystal optical element 4 is not used.
Instead of, the optical path length is provided so that it can be inserted and removed.
A diaphragm 7 has a cross-shaped opening diameter of width DW as shown in FIG. 5, and is provided in the vicinity of the pupil plane of the projection optical system 3 so that it can be inserted and removed. The diaphragm 7 is used when the crystal optical element 4 is used. It is used such that the cross-shaped opening direction of the diaphragm 7 and the optical axis directions of the two crystal optical elements 4a and 4b forming the crystal optical element 4 are substantially coincident with each other.

【0046】9は絞りであり、通常の円形開口より成
り、投影光学系3の瞳面近傍に絞り7と交換可能となる
ように設けている。絞り9は結晶光学素子4を用いない
通常の投影露光のときに平行平面板8と共に用いてい
る。10は照明系1中に設けた絞り等の切り換え機構で
あり、結晶光学素子4を用いたときの照明条件を変更
し、最適な照明が出来るようにしている。
Reference numeral 9 denotes a diaphragm, which is formed of an ordinary circular aperture and is provided near the pupil plane of the projection optical system 3 so as to be replaceable with the diaphragm 7. The diaphragm 9 is used together with the plane-parallel plate 8 during normal projection exposure without using the crystal optical element 4. Reference numeral 10 denotes a switching mechanism such as a diaphragm provided in the illumination system 1, which changes illumination conditions when the crystal optical element 4 is used so that optimum illumination can be performed.

【0047】同図に示す投影露光装置は、この他例えば
ウエハ5の投影光学系3の光軸方向の位置を検出するフ
ォーカス系、及びウエハの駆動系等が通常の構成要素と
して装置の中に組み込まれている。
In the projection exposure apparatus shown in the figure, a focus system for detecting the position of the projection optical system 3 of the wafer 5 in the optical axis direction, a wafer drive system, and the like are also included in the apparatus as normal components. It has been incorporated.

【0048】本実施例においてはレチクル2面上の回路
パターンを投影光学系3によりウエハ5面上に投影露光
する際、結晶光学素子4を用いて2重焦点像を形成して
焦点深度を増やして高解像力のパターン像を得ている。
In this embodiment, when the circuit pattern on the surface of the reticle 2 is projected and exposed on the surface of the wafer 5 by the projection optical system 3, a double focus image is formed by using the crystal optical element 4 to increase the depth of focus. A high resolution pattern image is obtained.

【0049】次にこのときの光学的作用について説明す
る。図4は結晶光学素子(結晶)4を通過した後のウエ
ハ5側への結像状態を示すものである。図中実線で示さ
れているのが仮想光線である常光線のみで結晶4を通過
する光線の結像を示すものである。ここでは説明の簡単
上、常光線は結像点である点Aに理想結像するものであ
るとする。実際半導体製造用の投影光学系は高度に収差
補正がされており、このような仮定を行っても何んら差
し支えがない。
Next, the optical action at this time will be described. FIG. 4 shows an image formation state on the wafer 5 side after passing through the crystal optical element (crystal) 4. The solid line in the figure shows the image formation of a ray passing through the crystal 4 with only the ordinary ray which is a virtual ray. Here, for the sake of simplicity of explanation, it is assumed that the ordinary ray forms an ideal image at the point A which is an image forming point. In fact, the projection optical system for semiconductor manufacturing is highly corrected for aberrations, and it is safe to make such an assumption.

【0050】図2と対応させて言えば仮想の光線である
常光線の結晶光学素子4での出口点Sが図4の点Sに当
たる。実際の光線は第1または第2の結晶を異常光線と
して通るので、図4(A)のzy断面では図のように点
Pが点Sの外にあり、点Qが点Sの内にあるのに対し、
図4(B)のxz断面では点Qが点Sの外にあり、点P
が点Sの内にあるという逆転した関係が生じている。
Corresponding to FIG. 2, the exit point S of the ordinary ray, which is a virtual ray, at the crystal optical element 4 corresponds to the point S in FIG. Since the actual ray passes through the first or second crystal as an extraordinary ray, the point P is outside the point S and the point Q is inside the point S in the zy cross section of FIG. In contrast,
In the xz cross section of FIG. 4B, the point Q is outside the point S and the point P
There is an inverted relationship that is inside the point S.

【0051】この様子については既に図3で説明した通
りである。点Sから点P,Qとの距離aは a=(Δn/n0 )d tanθ0 である。
This situation has already been described with reference to FIG. The distance a from the point S to the points P and Q is a = (Δn / n 0 ) d tan θ 0 .

【0052】結晶4を出た後の光線は入射角度と同じ角
度で伝播する光となる。従って2つに別れた光は図4に
示すように互いに焦点位置の異なったところに結像す
る、即ち2重焦点が達成される。この距離aという量は
点Sから出る光線の焦点位置を基準とすると、丁度横収
差の量に対応する。
The light ray after leaving the crystal 4 becomes a light ray propagating at the same angle as the incident angle. Therefore, the two separated lights form images at different focal positions, that is, a double focus is achieved, as shown in FIG. The amount of the distance a corresponds to the amount of lateral aberration when the focal position of the light beam emitted from the point S is used as a reference.

【0053】非常に粗い近似で tanθ0 ≒ sinθ/n0 とおくと、 a=(Δn/n0 2)d sinθ となり、この横収差量はデフォーカス量と対応した収差
となっていることが分かる。
If tan θ 0 ≈sin θ / n 0 is set in a very rough approximation, a = (Δn / n 0 2 ) d sin θ, and this lateral aberration amount is an aberration corresponding to the defocus amount. I understand.

【0054】結像系がテレセントリックであるというこ
とは結像光束の中心である主光線が投影光学系3を通過
後ウエハ5面に対して垂直になっていることを意味して
いる。
The fact that the image forming system is telecentric means that the principal ray, which is the center of the image forming light beam, is perpendicular to the surface of the wafer 5 after passing through the projection optical system 3.

【0055】本実施例での結晶光学素子4は投影光学系
3とウエハ5の間に配置されている為、主光線は結晶光
学素子4に垂直に入射する。垂直入射した光はそのまま
垂直に通過するので、2つに別れた光の主光線のずれは
生じない。従って結晶光学素子4を入れても2つの光の
像点が投影光学系3の光軸に垂直な方向にずれるという
ことはない。2つに別れた光の結像点の位置は投影光学
系3の光軸方向のずれを生じるのみである。
Since the crystal optical element 4 in this embodiment is arranged between the projection optical system 3 and the wafer 5, the chief ray is incident on the crystal optical element 4 vertically. Since the vertically incident light passes vertically as it is, there is no deviation between the principal rays of the light split into two. Therefore, even if the crystal optical element 4 is inserted, the image points of the two lights do not shift in the direction perpendicular to the optical axis of the projection optical system 3. The position of the image forming point of the light divided into two only causes a deviation in the optical axis direction of the projection optical system 3.

【0056】このように図2に示すような結晶光学素子
4を挿入することにより、光軸方向に垂直な方向のずれ
である倍率や、ディストーションに影響させることなし
に、2重焦点を達成することができる。
As described above, by inserting the crystal optical element 4 as shown in FIG. 2, a double focus is achieved without affecting the magnification which is the deviation in the direction perpendicular to the optical axis direction and the distortion. be able to.

【0057】しかしながらこの2重焦点は単純なもので
はなく、zy断面とzx断面でのフォーカス状態の逆転
関係に見られるように、断面によって焦点位置のずれが
異なってくる。
However, this double focus is not a simple one, and the shift of the focus position differs depending on the cross section, as can be seen from the inversion relationship of the focus states on the zy section and the zx section.

【0058】そこで本発明では断面によって結像位置の
ずれ量が異なるという問題に対処する為、結像を行う方
向に制限を加えることを特徴とする。その役目を果たす
のが図1で示した絞り7である。集積回路パターンは周
知のように主として縦横のパターンで構成されている。
これを図2に示した座標系で言うと、x及びy軸に相当
する。
Therefore, the present invention is characterized in that the direction of image formation is restricted in order to deal with the problem that the amount of deviation of the image formation position differs depending on the cross section. The diaphragm 7 shown in FIG. 1 plays this role. As is well known, the integrated circuit pattern is mainly composed of vertical and horizontal patterns.
The coordinate system shown in FIG. 2 corresponds to the x and y axes.

【0059】本発明ではこのx軸及びy軸の方向をパタ
ーンの主たる方向と定義する。結晶光学素子4を構成す
る結晶の光学軸の方向は集積回路パターンの主たる方向
に一致するように配置される。
In the present invention, the directions of the x-axis and the y-axis are defined as the main directions of the pattern. The direction of the optical axis of the crystal forming the crystal optical element 4 is arranged so as to coincide with the main direction of the integrated circuit pattern.

【0060】図5は絞り7の開口形状を示している。絞
り7は±45°方向を遮蔽するようになっており、x軸
及びy軸上近辺の光束のみを通過する役目を果たす。絞
り7の開口形状は従ってx軸及びy軸に平行な直線群で
構成される十字状の形状をしている。投影光学系3の瞳
の半径を1に規格化したとき、瞳面に形成される照明系
1の有効光源の径をDWとしたとき、絞り7の光束通過
部の幅はやはりDW近辺の値であることが望ましい。図
5に示されているのは有効光源の径DWが0.3の場合
で絞り7の透過部の幅DWも0.3となっている。
FIG. 5 shows the aperture shape of the diaphragm 7. The diaphragm 7 is designed to block ± 45 ° directions, and has a role of passing only the light flux near the x-axis and the y-axis. Therefore, the aperture shape of the diaphragm 7 has a cross shape constituted by a group of straight lines parallel to the x-axis and the y-axis. When the radius of the pupil of the projection optical system 3 is standardized to 1, and when the diameter of the effective light source of the illumination system 1 formed on the pupil surface is DW, the width of the light flux passing portion of the diaphragm 7 is a value near DW. Is desirable. FIG. 5 shows that the diameter DW of the effective light source is 0.3 and the width DW of the transmission part of the diaphragm 7 is also 0.3.

【0061】±45°方向の結像は実際の結像において
像の横ずれを生じる。図3の点Pと点Qの関係を見れば
明らかなように、x軸上及びy軸上での2つの光のずれ
は結像面では焦点位置のずれとなる。しかしながらx軸
上とy軸上では点Pと点Qの関係が逆転しており、x軸
上でプラスのデフォーカス効果を持つ光は、y軸上では
マイナスのデフォーカス効果を持つ。±45°方向の断
面の結像は丁度この2つの過渡域にあり、2つの光のフ
ォーカス位置は一致するが、一方で副作用として像の横
ずれを生じる。
The image formation in the directions of ± 45 ° causes lateral displacement of the image in the actual image formation. As is clear from the relationship between points P and Q in FIG. 3, the shift of the two lights on the x-axis and the y-axis is the shift of the focus position on the image plane. However, the relationship between the point P and the point Q is reversed on the x-axis and the y-axis, and light having a positive defocus effect on the x-axis has a negative defocus effect on the y-axis. The image formation of the cross section in the direction of ± 45 ° is just in these two transitional regions, and the focus positions of the two lights match, but on the other hand, lateral shift of the image occurs as a side effect.

【0062】即ち±45°方向の結像は投影光学系3の
光軸に対して直交方向にずれた方向の2重像になる。焦
点深度を増やす為に本発明で利用しているのは投影光学
系3の光軸方向のずれなので、±45°方向の結像成分
は邪魔な成分である。
That is, the image formation in the directions of ± 45 ° is a double image in a direction shifted in the direction orthogonal to the optical axis of the projection optical system 3. Since the deviation of the projection optical system 3 in the optical axis direction is used in the present invention to increase the depth of focus, the image forming components in the directions of ± 45 ° are obstructive components.

【0063】ずれ量は先に点P,Qの座標を求めた式よ
り明らかなように sinθ0 に比例しているので、図5に
示した絞り7の開口形状のように±45°方向での角度
の広がりを制限してやれば、ずれは許容範囲内に納める
ことができる。
Since the amount of deviation is proportional to sin θ 0 , as is clear from the equation for obtaining the coordinates of the points P and Q, in the ± 45 ° direction like the aperture shape of the diaphragm 7 shown in FIG. If the angle spread of is limited, the deviation can be kept within the allowable range.

【0064】従って絞り7の透過部の形状は必ずしも直
線に限らず、横ずれ量が許容値を越える場合には制限を
加えるような、具体的には中心から離れる程、幅が小さ
くなるような形状のものが好ましいこともある。また別
の方法として照明条件でのσを小さくする方法も考えら
れる。この場合には開口部の幅もσの条件に合わせて小
さくすることが可能である。
Therefore, the shape of the transmissive portion of the diaphragm 7 is not necessarily a straight line, but is limited when the lateral deviation exceeds an allowable value, specifically, the width becomes smaller as the distance from the center becomes smaller. In some cases it is preferred. As another method, a method of reducing σ under the illumination condition can be considered. In this case, the width of the opening can be reduced according to the condition of σ.

【0065】投影光学系の焦点位置のずれ量は結晶光学
素子の厚みdによって任意にコントロールすることがで
きる。数種の厚みの結晶光学素子を入れ換え可能として
おけばパターンに応じたずれ量を発生させることができ
る。また2重像は同時に発生する為、2重露光する手間
が発生しない為、スループットの低下を押えることが可
能である。
The shift amount of the focal position of the projection optical system can be arbitrarily controlled by the thickness d of the crystal optical element. If the crystal optical elements having several kinds of thicknesses can be replaced with each other, a shift amount according to the pattern can be generated. Further, since the double images are generated at the same time, the trouble of double exposure does not occur, so that it is possible to suppress the decrease in throughput.

【0066】本発明では投影光学系を構成するレンズ等
のパワーを持った素子は固定であるため図1に示したよ
うに結晶光学素子4と絞り7とを交換して、通常の投影
結像系の構成に戻すことも容易である。
In the present invention, the element having a power such as the lens which constitutes the projection optical system is fixed, so that the crystal optical element 4 and the diaphragm 7 are exchanged as shown in FIG. It is easy to return to the system configuration.

【0067】実際に結晶光学素子として最も使用しやす
い水晶を用いた場合には、結晶の厚さは0.1mmオー
ダーの薄い厚みの板の加工を要求される。このため実際
には図6に示すように水晶板4a,4bを石英あるいは
BK7といった一定の厚みを持った補強部材61に貼り
付けて製作することが必要である。結晶板と補強部材は
真空接着で接着される。図6はそのようにして作成した
結晶光学素子4を示している。
In the case of using a crystal which is most easily used as a crystal optical element, it is required to process a plate having a thin crystal thickness of the order of 0.1 mm. Therefore, in practice, it is necessary to attach the quartz plates 4a and 4b to the reinforcing member 61 having a constant thickness, such as quartz or BK7, as shown in FIG. The crystal plate and the reinforcing member are bonded by vacuum bonding. FIG. 6 shows the crystal optical element 4 thus produced.

【0068】このように結晶光学素子を製作した場合、
通常の投影光学系に戻すには通常光学系用に補強部材を
含めた光路長と同一の光路長を持った平行平面板を交換
する必要がある。
When the crystal optical element is manufactured in this way,
In order to return to the normal projection optical system, it is necessary to replace the plane parallel plate having the same optical path length as the normal optical system including the reinforcing member for the optical system.

【0069】本発明のような結晶光学素子を用いる場合
には最適の照明条件があり、結晶光学素子の挿入の有無
で照明条件を変える必要がある場合がある。このような
場合の照明条件の変化法、いわゆるσの変化法について
は例えば切り換え機構10により照明系1内の絞りを変
えるなど種々の公知の方法を用いることができる。
When the crystal optical element according to the present invention is used, there are optimum illumination conditions, and it may be necessary to change the illumination condition depending on whether the crystal optical element is inserted or not. As a method of changing the illumination condition in this case, that is, a method of changing σ, various known methods such as changing the diaphragm in the illumination system 1 by the switching mechanism 10 can be used.

【0070】図7,図8は各々本発明の投影露光装置の
実施例2,3の要部概略図である。図中、図1で示した
要素と同一要素には同符番を付している。図7の実施例
2では結晶光学素子4をレチクル2側に挿着している。
FIGS. 7 and 8 are schematic views of the essential portions of Embodiments 2 and 3 of the projection exposure apparatus of the present invention. In the figure, the same elements as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. In Example 2 of FIG. 7, the crystal optical element 4 is inserted and attached to the reticle 2 side.

【0071】本実施例において像点のずれを起こさない
ようにこの場合の投影光学系3はウエハ5側だけでな
く、レチクル2側についてもテレセントリック系となっ
ている。結像の基本関係として縦倍率は横倍率の自乗で
あり、通常用いられている1/5倍の縮小系で考えると
結晶4の厚さは実施例1でウエハ側に挿入した場合の2
5倍にすることができる。
In this embodiment, the projection optical system 3 in this case is a telecentric system not only on the side of the wafer 5 but also on the side of the reticle 2 so that the image point is not displaced. As a basic relationship of image formation, the vertical magnification is the square of the horizontal magnification, and considering the normally used 1/5 times reduction system, the thickness of the crystal 4 is 2 when it is inserted on the wafer side in the first embodiment.
It can be quintupled.

【0072】先に述べたように結晶として水晶を用いた
場合にウエハ側の挿入で0.1mmオーダーの管理がい
るとすると、レチクル側での管理量はmmオーダーと大
きくなり、加工上の管理が容易化される。
As described above, when crystal is used as a crystal and the wafer side has a control of 0.1 mm order, the reticle side has a large control amount of mm order, and the process control is large. Is facilitated.

【0073】図8の実施例3では結晶光学素子4を投影
光学系3内で主光線が投影光学系3の光軸と平行になる
位置に挿入している。投影光学系をウエハ側でテレセン
トリックに設計する際、投影光学系の内部にこのような
箇所が表れる場合がある。
In Example 3 of FIG. 8, the crystal optical element 4 is inserted in the projection optical system 3 at a position where the chief ray is parallel to the optical axis of the projection optical system 3. When the projection optical system is telecentric on the wafer side, such a portion may appear inside the projection optical system.

【0074】本発明の結晶光学素子はそのようなところ
にも挿入可能である。この場合の結晶の厚みは挿入箇所
と結像位置との近軸倍率の関係によって決定されるが、
一般には実施例1より厚い結晶が要求される。
The crystal optical element of the present invention can be inserted in such a place. The thickness of the crystal in this case is determined by the paraxial magnification relationship between the insertion position and the imaging position,
Generally, thicker crystals than in Example 1 are required.

【0075】図7においても図8でも、本発明で用いる
結晶光学素子4と交換可能な平行平面板8が用意される
が、結晶4と平行平面板8の光学的な厚みは一致してい
る。又絞り7の十字状の開口の方向と結晶4の光学軸の
方向がレチクル2上のパターンの主たる方向と一致して
いることも実施例1と同じである。
7 and 8, a plane-parallel plate 8 replaceable with the crystal optical element 4 used in the present invention is prepared, but the optical thicknesses of the crystal 4 and the plane-parallel plate 8 are the same. .. Further, the direction of the cross-shaped opening of the diaphragm 7 and the direction of the optical axis of the crystal 4 coincide with the main direction of the pattern on the reticle 2, which is also the same as the first embodiment.

【0076】本実施例において実際の露光においては投
影光学系3のコンソール上からパターン情報を入れるこ
とによって、結晶光学素子の挿入の種類及び有無、絞り
7の挿入の種類及び有無が指示され、これらの素子類が
自動的にセットアップが行われる。又照明条件について
も同様である。
In the present embodiment, in the actual exposure, the pattern information is entered from the console of the projection optical system 3 to instruct the type and presence / absence of insertion of the crystal optical element and the type and presence / absence of insertion of the diaphragm 7. The elements are automatically set up. The same applies to the illumination conditions.

【0077】本発明では投影光学系の特長を何んら損な
うことなく光学系の結像特性を変え、コンタクトホール
のような孤立パターンに対する光学系の深度を増大する
ことができるため、実施上の効果が大きい。
In the present invention, the image forming characteristics of the optical system can be changed without impairing the features of the projection optical system to increase the depth of the optical system for an isolated pattern such as a contact hole. Great effect.

【0078】図9,図14,図15は各々本発明の投影
露光装置の実施例4,5,6の要部概略図である。実施
例4,5,6では図1の実施例1に比べて結晶光学素子
として図13に示す結晶光学素子101を用いて絞り7
を省略した点が大きく異なっており、その他の構成は実
質的に略同じである。
FIGS. 9, 14, and 15 are schematic views of the essential portions of Embodiments 4, 5, and 6 of the projection exposure apparatus of the present invention. In Examples 4, 5 and 6, compared with Example 1 of FIG. 1, a crystal optical element 101 shown in FIG.
Is largely different, and other configurations are substantially the same.

【0079】次に図9の実施例4の構成について図1の
実施例1と一部重複するが説明する。図中1は照明系で
あり、光源として例えば超高圧水銀灯やエキシマレーザ
等を有し、露光光でレチクル2を照明している。レチク
ル2の面上には回路パターンが設けられている。
Next, the structure of the fourth embodiment shown in FIG. 9 will be described although it partially overlaps with that of the first embodiment shown in FIG. Reference numeral 1 in the figure denotes an illumination system, which has, for example, an ultrahigh pressure mercury lamp or an excimer laser as a light source, and illuminates the reticle 2 with exposure light. A circuit pattern is provided on the surface of the reticle 2.

【0080】3は投影光学系(投影レンズ)であり、レ
チクル2面上の回路パターンをウエハ保持機構6に載置
したウエハ5面上に投影している。投影光学系3のウエ
ハ5側はテレセントリック系となっている。
A projection optical system (projection lens) 3 projects the circuit pattern on the surface of the reticle 2 onto the surface of the wafer 5 mounted on the wafer holding mechanism 6. The wafer 5 side of the projection optical system 3 is a telecentric system.

【0081】101は結晶光学素子であり、投影光学系
3とウエハ5との間のテレセントリック系となっている
光路中に挿脱可能に設けている。結晶光学素子101は
図13に示した構成より成っている。一般に投影光学系
は露光時にデフォーカスした状態で焼かれても像の位置
が変わらないよう、ウエハ側でテレセントリック系とな
るように構成される。
Reference numeral 101 denotes a crystal optical element, which is removably provided in the optical path which is a telecentric system between the projection optical system 3 and the wafer 5. The crystal optical element 101 has the configuration shown in FIG. Generally, the projection optical system is configured to be a telecentric system on the wafer side so that the position of the image does not change even if the image is burned in a defocused state during exposure.

【0082】本実施例では実施例1と同様に結晶光学素
子101を投影光学系3とウエハ5との間に配置し、テ
レセントリック性を利用していることを特徴としてい
る。
This embodiment is characterized in that the crystal optical element 101 is arranged between the projection optical system 3 and the wafer 5 and the telecentricity is utilized, as in the first embodiment.

【0083】8は平行平面板であり、結晶光学素子10
1を用いないときに光路長を同一とする為に結晶光学素
子101の代わりに光路長に挿脱可能となるように設け
ている。10は照明系1中に設けた絞り等の切り換え機
構であり、結晶光学素子101を用いたときの照明条件
を変更し、最適な照明が出来るようにしている。同図に
示す投影露光装置は、実施例1と同様にこの他、例えば
ウエハ5の投影光学系3の光軸方向の位置を検出するフ
ォーカス系、及びウエハの駆動系等が通常の構成要素と
して装置の中に組み込まれている。
Reference numeral 8 denotes a plane parallel plate, which is a crystal optical element 10.
In order to make the optical path length the same when not using 1, the crystal optical element 101 is provided so that it can be inserted into and removed from the optical path length. Reference numeral 10 denotes a switching mechanism such as a diaphragm provided in the illumination system 1, which changes illumination conditions when the crystal optical element 101 is used so that optimum illumination can be performed. As in the first embodiment, the projection exposure apparatus shown in the figure includes, as other normal components, a focus system for detecting the position of the projection optical system 3 of the wafer 5 in the optical axis direction, a wafer drive system, and the like. Built into the device.

【0084】本実施例においてはレチクル2面上の回路
パターンを投影光学系3によりウエハ5面上に投影露光
する際、結晶光学素子101を用いて2重焦点像を形成
して焦点深度を増やして高解像力のパターン像を得てい
る。
In this embodiment, when the projection optical system 3 projects and exposes the circuit pattern on the surface of the reticle 2 onto the surface of the wafer 5, a double focus image is formed by using the crystal optical element 101 to increase the depth of focus. A high resolution pattern image is obtained.

【0085】本実施例において結像がテレセントリック
であるということは結像光束の中心である主光線が投影
光学系3を通過後ウエハ5面に対し、垂直になっている
ことを意味している。
The fact that the image formation is telecentric in this embodiment means that the principal ray, which is the center of the image formation light beam, is perpendicular to the surface of the wafer 5 after passing through the projection optical system 3. ..

【0086】本実施例での結晶光学素子101は投影光
学系3とウエハ5との間に配置されているため、主光線
は結晶光学素子101に垂直に入射する。垂直入射した
光はそのまま垂直に通過するので、2つに別れた光の主
光線のずれは生じない。
Since the crystal optical element 101 in this embodiment is arranged between the projection optical system 3 and the wafer 5, the chief ray is incident on the crystal optical element 101 vertically. Since the vertically incident light passes vertically as it is, there is no deviation between the principal rays of the light split into two.

【0087】従って、結晶光学素子を入れても2つの光
の像点が投影光学系の光軸に垂直な方向にずれるという
ことはない。2つに別れた光の結像点の位置は投影光学
系の光軸方向のずれを生じるのみである。
Therefore, even if the crystal optical element is inserted, the image points of the two lights will not be displaced in the direction perpendicular to the optical axis of the projection optical system. The position of the image forming point of the light divided into two only causes a shift in the optical axis direction of the projection optical system.

【0088】このように図13に示すような結晶光学素
子101を挿入することにより、光軸方向に垂直な方向
のずれである倍率やディストーションに影響させること
なしに、2重焦点を達成している。
As described above, by inserting the crystal optical element 101 as shown in FIG. 13, a double focus can be achieved without affecting the magnification or distortion which is the deviation in the direction perpendicular to the optical axis direction. There is.

【0089】本実施例において投影光学系の焦点位置の
ずれ量は実施例1と同様結晶光学素子の厚みdによって
任意にコントロールすることができる。数種の厚みの結
晶光学素子を入れ換え可能としておけば、パターンに応
じたずれ量を発生させることができる。又2重像は同時
に発生するため2重露光する手間が発生しないため、ス
ループットの低下を押えることが可能である。
In this embodiment, the shift amount of the focus position of the projection optical system can be arbitrarily controlled by the thickness d of the crystal optical element as in the first embodiment. If the crystal optical elements having several kinds of thicknesses can be replaced with each other, a shift amount according to the pattern can be generated. Further, since the double images are generated at the same time, the trouble of double exposure does not occur, so that it is possible to suppress the decrease in throughput.

【0090】本実施例では投影光学系を構成するレンズ
等のパワーを持った素子は固定であるため、図9に示し
たように結晶光学素子101を交換して、通常の投影結
像系の構成に戻すことも容易である。実際に結晶光学素
子として最も使用しやすい水晶を用いた場合には、結晶
の厚さが実用的な厚さより薄い場合が発生する。この為
実際には図13に示すように水晶板101aを石英ある
いはBK7といった一定の厚みを持った補強部材61に
貼り付けて製作している。結晶板と補強部材は真空接着
で接着される。図5はそのようにして作成した結晶光学
素子を示している。
In this embodiment, since the element having power such as the lens which constitutes the projection optical system is fixed, the crystal optical element 101 is replaced as shown in FIG. It is easy to return to the configuration. In the case of actually using crystal which is the easiest to use as the crystal optical element, the crystal may be thinner than the practical thickness. Therefore, actually, as shown in FIG. 13, the crystal plate 101a is attached to the reinforcing member 61 having a constant thickness, such as quartz or BK7, to manufacture. The crystal plate and the reinforcing member are bonded by vacuum bonding. FIG. 5 shows a crystal optical element thus produced.

【0091】このように結晶光学素子を製作した場合、
通常の投影光学系に戻すには通常光学系用に補強部材を
含めた光路長と同一の光路長を持った平行平面板を交換
する必要がある。
When the crystal optical element is manufactured as described above,
In order to return to the normal projection optical system, it is necessary to replace the plane parallel plate having the same optical path length as the normal optical system including the reinforcing member for the optical system.

【0092】本実施例でも図1の実施例1と同様に結晶
光学素子を用いる場合には最適の照明条件があり、結晶
光学素子の挿入の有無で照明条件を変える必要がある場
合がある。このような場合の照明条件の変化法、いわゆ
るσの変化法については例えば切り換え機構10により
照明系1内の絞りを変える等、種々の公知の方法を用い
ることができる。
In this embodiment, as in the case of the first embodiment shown in FIG. 1, when the crystal optical element is used, there are optimum illumination conditions, and it may be necessary to change the illumination condition depending on whether the crystal optical element is inserted or not. As a method of changing the illumination condition in this case, that is, a method of changing σ, various known methods such as changing the diaphragm in the illumination system 1 by the switching mechanism 10 can be used.

【0093】次に図14,図15の実施例5,6につい
て説明する。図14の実施例5では結晶光学素子101
をレチクル2側に挿着している。
Next, Examples 5 and 6 of FIGS. 14 and 15 will be described. In Example 5 of FIG. 14, the crystal optical element 101 is used.
Is attached to the reticle 2 side.

【0094】本実施例において像点のずれを起こさない
ようにこの場合の投影光学系3はウエハ5側だけでな
く、レチクル2側についてもテレセントリック系となっ
ている。結像の基本関係として縦倍率は横倍率の自乗で
あり、通常用いられている1/5倍の縮小系で考えると
結晶101の厚さは実施例4でウエハ側に挿入した場合
の25倍にすることができる。
In this embodiment, the projection optical system 3 in this case is a telecentric system not only on the side of the wafer 5 but also on the side of the reticle 2 so as not to shift the image point. As a basic relationship of image formation, the vertical magnification is the square of the horizontal magnification, and considering the normally used 1/5 times reduction system, the thickness of the crystal 101 is 25 times that in the case of being inserted on the wafer side in Example 4. Can be

【0095】先に述べたように結晶として水晶を用いた
場合にウエハ側の挿入で0.1mmオーダーの管理がい
るとすると、レチクル側での管理量はmmオーダーと大
きくなり、加工上の管理が容易化される。
As described above, if crystal is used as a crystal and the wafer side has a control of the order of 0.1 mm, the reticle side has a large control amount of the order of mm, which is a process control. Is facilitated.

【0096】図15の実施例6では結晶光学素子101
を投影光学系3内で主光線が投影光学系3の光軸と平行
になる位置に挿入している。投影光学系をウエハ側でテ
レセントリックに設計する際、投影光学系の内部にこの
ような箇所が表れる場合がある。
In Example 6 of FIG. 15, the crystal optical element 101 is used.
Is inserted in the projection optical system 3 at a position where the chief ray is parallel to the optical axis of the projection optical system 3. When the projection optical system is telecentric on the wafer side, such a portion may appear inside the projection optical system.

【0097】本発明の結晶光学素子はそのようなところ
にも挿入可能である。この場合の結晶の厚みは挿入箇所
と結像位置との近軸倍率の関係によって決定されるが、
一般には実施例4より厚い結晶が要求される。
The crystal optical element of the present invention can be inserted in such a place. The thickness of the crystal in this case is determined by the paraxial magnification relationship between the insertion position and the imaging position,
Generally, thicker crystals than in Example 4 are required.

【0098】図14においても図15でも、本発明で用
いる結晶光学素子101と交換可能な平行平面板8が用
意されるが、結晶101と平行平面板8の光学的な厚み
は一致している。
14 and 15, a parallel plane plate 8 replaceable with the crystal optical element 101 used in the present invention is prepared, but the optical thicknesses of the crystal 101 and the plane parallel plate 8 are the same. ..

【0099】本実施例において実際の露光においては投
影光学系3のコンソール上からパターン情報を入れるこ
とによって、結晶光学素子の挿入の種類及び有無が指示
され、これらの素子類が自動的にセットアップが行われ
る。又照明条件についても同様である。
In the present embodiment, in the actual exposure, by inserting the pattern information from the console of the projection optical system 3, the type and presence of insertion of the crystal optical element are instructed, and these elements are automatically set up. Done. The same applies to the illumination conditions.

【0100】特に本発明では投影光学系の特長を何んら
損なうことなく光学系の結像特性を変え、コンタクトホ
ールのような孤立パターンに対する光学系の深度を増大
することができるため、実施上の効果が大きい。
Particularly, in the present invention, the image forming characteristics of the optical system can be changed without impairing the features of the projection optical system, and the depth of the optical system for an isolated pattern such as a contact hole can be increased. Is very effective.

【0101】[0101]

【発明の効果】本発明によれば投影光学系のテレセント
リックな箇所に結晶光学素子を挿入すると共に図2で示
す結晶光学素子を用いたときには投影光学系の瞳位置に
絞りを挿入することによって孤立パターンに対する深い
焦点深度の結像を達成している。
According to the present invention, the crystal optical element is inserted into a telecentric portion of the projection optical system, and when the crystal optical element shown in FIG. It achieves deep depth of focus imaging for the pattern.

【0102】特に本発明では通常のパターンの露光に当
たっては、結晶光学素子及び図2で示す結晶光学素子を
用いたときは絞りを除去し、照明系等の条件を再設定す
ることで、露光系が本来持っている機能は何んら損なう
ことがない。又結晶光学素子や絞りはそれ自体が光学的
なパワーを持っている素子ではないので切り換えに際し
ての位置精度も高いものが要求されないという特徴があ
り、実施に当たっての大きなメリットとなる。
In particular, in the present invention, in the case of exposure of a normal pattern, when the crystal optical element and the crystal optical element shown in FIG. 2 are used, the diaphragm is removed and the conditions of the illumination system and the like are set again, thereby exposing the exposure system. There is no loss of the original function. Further, since the crystal optical element and the diaphragm are not elements having optical power themselves, they are not required to have high positional accuracy at the time of switching, which is a great advantage in implementation.

【0103】又、本発明は投影光学系を通過する光束を
効果的に2分する為、2つの光路のパワー系の部分はす
べて共通である。従って製造誤差によって発生するディ
ストーション等の性質は2つの光に対して全く同等であ
り、投影レンズ一本一本に固有の癖は完全にキャンセル
される。2つの光学系を用いて合成して2重焦点を達成
する際にはディストーションのマッチングが大きな問題
となるので、本発明の効果は大きい。
Further, since the present invention effectively divides the light beam passing through the projection optical system into two parts, the power system parts of the two optical paths are all common. Therefore, the characteristics such as distortion caused by the manufacturing error are exactly the same for the two lights, and the habit peculiar to each projection lens is completely canceled. When combining two optical systems to achieve a double focus, distortion matching becomes a big problem, and the effect of the present invention is great.

【0104】又、本発明では2つの像が同時に発生する
為、露光を同時に行うことができる。この為、被露光対
象物を投影光学系の光軸方向に動かしたごとにシャッタ
ーを切るといった操作を必要としない。従ってスループ
ット的に有利であり、移動に伴う誤差要因が除去できる
為、システム全体としての安定性も向上するという効果
を持っている。
Further, in the present invention, since two images are generated at the same time, exposure can be performed at the same time. Therefore, it is not necessary to operate the shutter every time the object to be exposed is moved in the optical axis direction of the projection optical system. Therefore, it is advantageous in terms of throughput, and since an error factor associated with movement can be removed, the stability of the entire system is improved.

【0105】更に本発明では結晶光学素子や絞りの交換
が容易である為、複数個の結晶光学素子や絞りを用意す
ることにより、投影するパターンの特徴に応じたものを
選択することが可能で、パターンの特殊性に応じた結像
を行うことが可能である。
Further, in the present invention, it is easy to replace the crystal optical element and the diaphragm. Therefore, by preparing a plurality of crystal optical elements and diaphragms, it is possible to select the one according to the characteristics of the projected pattern. It is possible to form an image according to the peculiarity of the pattern.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の投影露光装置の実施例1の要部概
略図
FIG. 1 is a schematic view of a main part of a projection exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明で用いる結晶光学素子の説明図FIG. 2 is an explanatory diagram of a crystal optical element used in the present invention.

【図3】 結晶光学素子を出るときの光の射出点の説
明図
FIG. 3 is an explanatory diagram of a light emission point when exiting a crystal optical element.

【図4】 結晶光学素子を出てからの光の伝播を示す
FIG. 4 is a diagram showing the propagation of light after exiting the crystal optical element.

【図5】 絞りの形状を示す図FIG. 5 is a diagram showing the shape of a diaphragm.

【図6】 結晶光学素子の実際の構成を示す図FIG. 6 is a diagram showing an actual configuration of a crystal optical element.

【図7】 本発明の投影露光装置の実施例2の要部概
略図
FIG. 7 is a schematic view of the essential portions of Embodiment 2 of the projection exposure apparatus of the present invention.

【図8】 本発明の投影露光装置の実施例3の要部概
略図
FIG. 8 is a schematic view of the essential portions of Embodiment 3 of the projection exposure apparatus of the present invention.

【図9】 本発明の投影露光装置の実施例4の要部概
略図
FIG. 9 is a schematic view of the essential portions of Embodiment 4 of the projection exposure apparatus of the present invention.

【図10】 本発明で用いる結晶光学素子の光の伝播を
示す図
FIG. 10 is a diagram showing light propagation in the crystal optical element used in the present invention.

【図11】 結晶光学素子を通過した光が結像する様子
を示す図
FIG. 11 is a diagram showing a state in which light that has passed through the crystal optical element forms an image.

【図12】 結晶光学素子に光が入射する角度と結像点
とのずれの関係を示すグラフ
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the angle of light incident on the crystal optical element and the shift of the image formation point.

【図13】 結晶光学素子の実際の構成を示す図FIG. 13 is a diagram showing an actual configuration of a crystal optical element.

【図14】 本発明の投影露光装置の実施例5の要部概
略図
FIG. 14 is a schematic view of the essential portions of Embodiment 5 of the projection exposure apparatus of the present invention.

【図15】 本発明の投影露光装置の実施例6の要部概
略図
FIG. 15 is a schematic view of the essential portions of Embodiment 6 of the projection exposure apparatus of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 照明系 2 レチクル 3 投影光学系 4,101 結晶光学素子 5 ウエハ 6 ウエハ保持系 7 十字絞り 8 平行平面板 9 円形絞り 10 照明条件切り換え機構 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Illumination system 2 Reticle 3 Projection optical system 4,101 Crystal optical element 5 Wafer 6 Wafer holding system 7 Cross diaphragm 8 Parallel plane plate 9 Circular diaphragm 10 Illumination condition switching mechanism

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 照明系からの光束で第1物体面上の回路
パターンを照明し、該第1物体面上の回路パターンを投
影光学系で第2物体面上に投影露光する際、該第1物体
と第2物体との間の光路中に光学軸を互いに直交させた
2つの結晶光学素子を配置すると共に、該投影光学系の
瞳面近傍に十字状の開口を有する絞りをその開口方向が
該結晶光学素子の光学軸方向に向くように配置したこと
を特徴とする投影露光装置。
1. When illuminating a circuit pattern on a first object plane with a light beam from an illumination system and projecting and exposing the circuit pattern on the first object plane onto a second object plane by a projection optical system, Two crystal optical elements whose optical axes are orthogonal to each other are arranged in the optical path between the first object and the second object, and a stop having a cross-shaped opening is provided near the pupil plane of the projection optical system. Is disposed so as to face the optical axis direction of the crystal optical element.
【請求項2】 前記結晶光学素子の光学軸の方向及び前
記絞りの十字状の開口方向が前記第1物体面上の回路パ
ターンの主たる方向と一致していることを特徴とする請
求項1の投影露光装置。
2. The direction of the optical axis of the crystal optical element and the cross-shaped opening direction of the diaphragm coincide with the main direction of the circuit pattern on the first object plane. Projection exposure device.
【請求項3】 前記投影光学系は前記第2物体側がテレ
セントリック系より成り、前記2つの結晶光学素子は該
テレセントリック系中に設けていることを特徴とする請
求項1の投影露光装置。
3. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the projection optical system is a telecentric system on the second object side, and the two crystal optical elements are provided in the telecentric system.
【請求項4】 照明系からの光束で照明されたレチクル
面上の回路パターンを投影光学系でウエハ面上に投影露
光し、現像処理工程を経て半導体デバイスを製造する
際、該レチクルとウエハとの間の光路中には光学軸を互
いに直交させた2つの結晶光学素子を配置しており、か
つ該投影光学系の瞳面近傍に十字状の開口を有する絞り
をその開口方向が該結晶光学素子の光学軸方向に向くよ
うに配置していることを特徴とする半導体デバイスの製
造方法。
4. A reticle and a wafer when a semiconductor device is manufactured by projecting and exposing a circuit pattern on a reticle surface illuminated by a light beam from an illumination system onto a wafer surface by a projection optical system and performing a developing process. Two crystal optical elements whose optical axes are orthogonal to each other are arranged in the optical path between the two, and a stop having a cross-shaped opening is provided in the vicinity of the pupil plane of the projection optical system. A method for manufacturing a semiconductor device, which is arranged so as to face the optical axis direction of the element.
【請求項5】 前記結晶光学素子の光学軸の方向及び前
記絞りの十字状の開口方向が前記レチクル面上の回路パ
ターンの主たる方向と一致していることを特徴とする請
求項4の半導体デバイスの製造方法。
5. The semiconductor device according to claim 4, wherein a direction of an optical axis of the crystal optical element and a cross-shaped opening direction of the diaphragm coincide with a main direction of a circuit pattern on the reticle surface. Manufacturing method.
【請求項6】 前記投影光学系は前記ウエハ側がテレセ
ントリック系より成り、前記2つの結晶光学素子は該テ
レセントリック系中に設けていることを特徴とする請求
項4の半導体デバイスの製造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the projection optical system comprises a telecentric system on the wafer side, and the two crystal optical elements are provided in the telecentric system.
【請求項7】 照明系からの光束で第1物体面上の回路
パターンを照明し、該第1物体面上の回路パターンを投
影光学系で第2物体面上に投影露光する際、該第1物体
と第2物体との間の光路中に結晶光学素子をその光学軸
を該投影光学系の光軸方向と略一致させて配置し、該投
影光学系の光軸方向に2重焦点を形成するようにしたこ
とを特徴とする投影露光装置。
7. A circuit pattern on a first object plane is illuminated with a light beam from an illumination system, and when the circuit pattern on the first object plane is projected and exposed on a second object plane by a projection optical system, A crystal optical element is arranged in the optical path between the first object and the second object with its optical axis substantially aligned with the optical axis direction of the projection optical system, and a double focus is provided in the optical axis direction of the projection optical system. A projection exposure apparatus characterized by being formed.
【請求項8】 照明系からの光束で照明したレチクル面
上の回路パターンを投影光学系でウエハ面上に投影露光
し、現像処理工程を経て半導体デバイスを製造する際、
該レチクルと該ウエハとの間の光路中に結晶光学素子を
その光学軸を該投影光学系の光軸方向と略一致させて配
置し、該投影光学系の光軸方向に2重焦点を形成するよ
うにしたことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
8. When manufacturing a semiconductor device through a development processing step, projecting and exposing a circuit pattern on a reticle surface illuminated by a light beam from an illumination system onto a wafer surface by a projection optical system,
A crystal optical element is arranged in the optical path between the reticle and the wafer with its optical axis substantially aligned with the optical axis direction of the projection optical system, and a double focus is formed in the optical axis direction of the projection optical system. A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that.
【請求項9】 投影光学系により回路パターンをウエハ
上に投影することにより該回路パターンを該ウエハ上に
プリントし、該回路パターンがプリントされたウエハを
処理することにより半導体デバイスを製造する方法にお
いて、前記回路パターンを結像する各結像光束の主光線
が前記投影光学系の光軸と略平行になる場所に前記回路
パターンを前記投影光学系の光軸方向の複数カ所に結像
させる複屈折性部材を配したことを特徴とする半導体デ
バイスの製造方法。
9. A method of manufacturing a semiconductor device by projecting a circuit pattern onto a wafer by a projection optical system to print the circuit pattern on the wafer, and processing the wafer on which the circuit pattern is printed. , A plurality of images forming the circuit pattern at a plurality of positions in the optical axis direction of the projection optical system where the chief ray of each image forming light flux is substantially parallel to the optical axis of the projection optical system. A method of manufacturing a semiconductor device, which comprises disposing a refraction member.
【請求項10】 前記回路パターンがホール等の孤立パ
ターンより成ることを特徴とする請求項9の半導体デバ
イスの製造方法。
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the circuit pattern is an isolated pattern such as a hole.
【請求項11】 前記複屈折部材が単一の結晶板を備
え、該結晶板の光学軸の方向を前記光軸の方向に一致さ
せることを特徴とする請求項9の半導体デバイスの製造
方法。
11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the birefringent member comprises a single crystal plate, and the direction of the optical axis of the crystal plate is aligned with the direction of the optical axis.
【請求項12】 前記複屈折部材が第1、第2の結晶板
を備え、該第1、第2の結晶板の光学軸の方向が互いに
直交し、かつ前記光軸に直交する平面に存するよう設定
することを特徴とする請求項9の半導体デバイスの製造
方法。
12. The birefringent member includes first and second crystal plates, and optical axes of the first and second crystal plates are orthogonal to each other and are on a plane orthogonal to the optical axis. 10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein:
【請求項13】 前記光軸を中心とし、前記各光学軸の
方向をx,y軸の方向としたxy座標を設定したときの
各象限に相当する部分に入射又は通過する光を遮光する
為のフィルターを配したことを特徴とする請求項12の
半導体デバイスの製造方法。
13. To block light that enters or passes through a portion corresponding to each quadrant when xy coordinates are set with the optical axis as the center and the directions of the respective optical axes are the directions of the x and y axes. 13. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein the filter is provided.
【請求項14】 マスクのパターンをウエハ上に投影す
る投影光学系と前記パターンを前記投影光学系の光軸方
向の複数カ所に結像させるべく前記パターンを結像する
各結像光束の主光線が前記投影光学系の光軸と略平行に
なる場所に配した複屈折性部材とを有することを特徴と
する投影露光装置。
14. A projection optical system for projecting a pattern of a mask onto a wafer, and a chief ray of each imaging light beam for imaging the pattern so as to image the pattern at a plurality of positions in the optical axis direction of the projection optical system. And a birefringent member disposed at a position substantially parallel to the optical axis of the projection optical system.
【請求項15】 前記複屈折部材が前記場所から退避可
能に設けられることを特徴とする請求項14の投影露光
装置。
15. The projection exposure apparatus according to claim 14, wherein the birefringent member is provided so as to be retractable from the place.
【請求項16】 前記複屈折部材が単一の結晶板を備
え、該結晶板の光学軸の方向を前記光軸の方向に一致さ
せることを特徴とする請求項14の投影露光装置。
16. The projection exposure apparatus according to claim 14, wherein the birefringent member comprises a single crystal plate, and the direction of the optical axis of the crystal plate is aligned with the direction of the optical axis.
【請求項17】 前記複屈折部材が第1、第2の結晶板
を備え、該第1、第2の結晶板の光学軸の方向が互いに
直交し、かつ前記光軸に直交する平面に存するよう設定
することを特徴とする請求項14の投影露光装置。
17. The birefringent member includes first and second crystal plates, and optical axes of the first and second crystal plates are orthogonal to each other and are on a plane orthogonal to the optical axis. 15. The projection exposure apparatus according to claim 14, wherein the projection exposure apparatus is set as follows.
【請求項18】 前記光軸を中心とし、前記各光学軸の
方向をx,y軸の方向としたxy座標を設定したときの
各象限に相当する部分に入射又は通過する光を遮光する
為のフィルターを配したことを特徴とする請求項17の
投影露光装置。
18. To block light that enters or passes through a portion corresponding to each quadrant when xy coordinates are set with the optical axis as the center and the directions of the respective optical axes are directions of the x and y axes. 18. The projection exposure apparatus according to claim 17, wherein the filter is provided.
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